一种基于顶粉式SLM的铜合金打印零件制备方法与流程

本发明涉及增材制造，具体涉及一种基于顶粉式slm的铜合金打印零件制备方法。

背景技术：

1、随着各行业对金属打印零件的批量生产需求增加，铜合金凭借优异的导热导电性能成为核心材料，激光选区熔化（selective laser melting，slm）技术凭借一体化成型、高精度、适配复杂结构等优势，成为高性能铜合金零件的核心技术方向。

2、行业规模化生产的核心诉求是降低粉末成本、提升生产稳定性、适配不同区域性能需求、提高生产效率。传统方案多采用15～53μm窄粒径铜合金粉末，成本较高；为降本拓宽粒径会导致细粉占比增加，落粉式设备扬尘问题突出，制约应用。同时，不同工艺制备的同材质铜合金粉末，致密度均满足使用要求、综合性能均良好，仅球形度不同带来表面粗糙度、力学及理化性能的微小差异；现有技术未充分利用该差异，无法实现零件分区定制化性能。

3、顶粉式激光选区熔化设备配合单一铜合金粉末进行打印，虽然可有效避免扬尘，但现有应用多采用单一粉末，无论使用何种粒径范围的粉末，均无法在同工艺参数下利用不同粉末的微小性能差异实现零件不同区域的性能匹配

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于顶粉式slm的铜合金打印零件制备方法，目的是解决现有顶粉式激光选区熔化设备存在的上述问题。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、一种基于顶粉式slm的铜合金打印零件制备方法，包括以下步骤：

4、制备两种基体成分完全相同、球形度存在差异的铜合金粉末，分别记为第一铜合金粉末、第二铜合金粉末，其中所述第一铜合金粉末为宽粒径高球形度粉末，所述第二铜合金粉末为窄粒径中等球形度粉末；

5、清理顶粉式激光选区熔化设备的送粉舱，先装填所述第二铜合金粉末至目标高度，采用柔性刮刀匀速整平形成平整基准面，再在所述第二铜合金粉末上方装填所述第一铜合金粉末，依靠粉末粒径差形成颗粒嵌入咬合界面，抑制垂直渗粉；

6、安装基板并调试铺粉刮刀，将顶粉式激光选区熔化设备的成型舱进行抽真空处理，待所述成型舱抽真空后反复置换99.9%高纯氩气，全程控制所述成型仓的氧含量≤30ppm；

7、控制所述顶粉式激光选区熔化设备的活塞匀速向上顶升所述第一铜合金粉末与所述第二铜合金粉末，刮刀水平铺粉；

8、采用同一基础激光工艺区间的差异化激光功率、扫描速度、铺粉层厚，依次消耗所述第一铜合金粉末与所述第二铜合金粉末进行打印，所述第一铜合金粉末成型零件底部基座区域，所述第二铜合金粉末成型零件顶部功能区；

9、打印完成后，将所述成型坯体从基板上取下，进行去应力热处理后，得到所述铜合金打印零件。

10、可选地，所述第一铜合金粉末的粒径范围为0～60μm，d50为35～40μm，球形度≥95%，松装密度为5.8～6.0g/cm³；所述第二铜合金粉末的粒径范围为15～53μm，d50为28～33μm，球形度为82%～85%，松装密度为4.4～5.0g/cm³。

11、可选地，所述第一铜合金粉末采用等离子气雾化制粉技术制备，所述第二铜合金粉末采用真空感应熔炼气雾化制粉技术或电极感应熔炼气雾化制粉技术制备。

12、可选地，所述第二铜合金粉末装填高度对应零件高度5～10mm的顶部功能区，所述第一铜合金粉末装填高度对应零件高度0～5mm的底部基座区；

13、所述第一铜合金粉末与所述第二铜合金粉末的装填高度采用以下公式计算：

14、装填高度=目标成型高度×（铜合金理论密度÷粉末松装密度×安全系数

15、其中所述安全系数适配顶粉式设备铺粉损耗，为固定值。

16、可选地，所述同一基础激光工艺区间为：采用红外激光，激光功率为500～750w，扫描速度为800～1000mm/s，铺粉层厚为0.05～0.08mm。

17、可选地，打印所述第一铜合金粉末时的参数为：激光功率600w、扫描速度700mm/s、铺粉层厚0.08mm；

18、打印所述第二铜合金粉末时的参数为：激光功率500w、扫描速度1000mm/s、铺粉层厚0.05mm。

19、可选地，在所述第一铜合金粉末切换至所述第二铜合金粉末的过渡区域，采用单向连续扫描，扫描参数为：扫描间距0.12mm、单层扫描旋转角67°。

20、可选地，采用所述柔性刮刀匀速整平形成平整基准面时的参数为：所述柔性刮刀的行走速度为5mm/s，单次往复整平2-3遍。

21、可选地，所述去应力热处理的参数为：热处理温度300℃，保温2h，氩气保护随炉冷却。

22、可选地，所述铜合金打印零件的成型致密度均≥99%。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、1.本发明采用0～60μm的宽粒径第一铜合金粉末，相比传统15～53μm窄粒径粉末，原材料成本降低30%～40%。宽粒径粉末的制备工艺相对简单，产率较高，价格优势明显。同时，由于采用顶粉式设备，有效避免了宽粒径粉末中细粉的扬尘问题，在降低成本的同时保证了生产稳定性。

25、2.本发明采用顶粉式激光选区熔化设备，从根本上解决了宽粒径粉末在落粉式设备中的扬尘问题。顶粉式送粉方式避免了粉末自由下落过程中的空气扰动，有效抑制扬尘，保护了激光器镜片，延长了设备使用寿命，降低了维护成本。据统计，使用本发明方法的设备，其镜片更换频率与使用窄粒径粉末的落粉式设备相当，维护成本显著降低。

26、3.本发明充分利用了同材质、不同球形度铜合金粉末之间的微小性能差异，在相同打印工艺参数下实现了零件不同区域的性能匹配。底部区域使用高球形度第一铜合金粉末，获得高强度、高导电性能；顶部区域使用中等球形度第二铜合金粉末，获得优异的散热性能。这种分区性能匹配方式满足了实际生产中零件不同区域的差异化需求，提升了零件的综合性能。

1.一种基于顶粉式slm的铜合金打印零件制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的铜合金打印零件制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的铜合金打印零件制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的铜合金打印零件制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的铜合金打印零件制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的铜合金打印零件制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的铜合金打印零件制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的铜合金打印零件制备方法，其特征在于：

9.根据权利要求1-8任一所述的铜合金打印零件制备方法，其特征在于：

10.根据权利要求9所述的铜合金打印零件制备方法，其特征在于：